鋼絲纏繞增強(qiáng)塑料復(fù)合管力學(xué)性能研究.pdf

1、鋼絲纏繞增強(qiáng)塑料復(fù)合管是一種全新的鋼塑復(fù)合管。它以高強(qiáng)度鋼絲傾角錯(cuò)繞成型的網(wǎng)狀骨架為增強(qiáng)體，以熱塑性塑料(PE)為基體，并用高性能粘結(jié)樹脂將鋼絲網(wǎng)骨架與內(nèi)外層塑料(PE)緊密地連接在一起。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使得鋼絲纏繞增強(qiáng)塑料復(fù)合管既集鋼、塑兩種管材的優(yōu)點(diǎn)于一體，又克服了襯塑復(fù)合管鋼塑界面結(jié)合力差的缺陷，具有十分優(yōu)越的綜合性能，應(yīng)用前景十分廣闊。 然而關(guān)于鋼絲纏繞增強(qiáng)塑料復(fù)合管的研究，目前大多停留在制造、安裝及應(yīng)用等方面，對(duì)其力學(xué)

2、性能的研究還處于起步階段，尚未見國內(nèi)外有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。為此，本文首次系統(tǒng)地研究了鋼絲纏繞增強(qiáng)塑料復(fù)合管的力學(xué)響應(yīng)特性，主要工作有： (1)采用力平衡法推導(dǎo)出了這種復(fù)合管的短期爆破壓力計(jì)算公式。二十種型號(hào)復(fù)合管的常溫下短期爆破壓力試驗(yàn)研究表明，所推導(dǎo)的公式具有較高的計(jì)算精度，相對(duì)誤差在-11.9％～7.4％以內(nèi)，可較好預(yù)測(cè)鋼絲纏繞增強(qiáng)塑料復(fù)合管的短期爆破壓力。 (2)對(duì)鋼絲纏繞增強(qiáng)塑料復(fù)合管應(yīng)變、剝離強(qiáng)度、臨界失穩(wěn)壓力、不同溫

3、度下的失效形式等進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，與相同規(guī)格尺寸的PE管相比，其短期爆破壓力、環(huán)剛度和臨界失穩(wěn)壓力分別提高了129％、19％和57％；在內(nèi)壓作用下這種復(fù)合管有韌性破壞和過度變形兩種失效模式，溫度低于45℃時(shí)為韌性破壞，溫度高于45℃時(shí)為過度變形；復(fù)合管的蠕變曲線包括減速和恒速兩個(gè)階段；在相同壓力下僅受徑向內(nèi)壓作用時(shí)這種復(fù)合管的徑向膨脹率明顯高于徑向軸向同時(shí)受力時(shí)的徑向膨脹率；復(fù)合管剝離強(qiáng)度的平均值為30.53N/mm，粘結(jié)面的破

4、壞類型主要為混合破壞。 (3)在長期靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用標(biāo)準(zhǔn)回歸法對(duì)鋼絲纏繞增強(qiáng)塑料復(fù)合管所能承受的靜液壓能力和長期使用壽命進(jìn)行了分析和預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，該種管材在溫度20℃、內(nèi)壓1.6MPa下，其使用壽命可達(dá)50年以上。此外，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，長期靜液壓力預(yù)測(cè)下限的回歸曲線上沒有脆性破壞階段，證明該管材基本不會(huì)發(fā)生快速開裂。 (4)假設(shè)鋼絲纏繞增強(qiáng)塑料復(fù)合管由變形連續(xù)的內(nèi)層、復(fù)合層、外層三層結(jié)構(gòu)組成，建立兩種有限元